В чем разница между шаговым двигателем и сервоприводом?

Отличия сервопривода от шагового двигателя

В чем разница между шаговым двигателем и сервоприводом?

9 августа 2015      Устройство

Шаговые двигатели чаще всего применяются в фрезерных станках чпу по дереву.

  • шаговые двигатели
  • серводвигатели

И те и другие имеют свои преимущества и недостатки.

Шаговые двигатели

это электромеханическое устройство, которое преобразует электрические импульсы сигналов управления в угловые перемещения ротора (дискретные механические перемещения) с фиксацией его в заданном положении.

Шаговый двигатель имеет возможность осуществлять точное позиционирование и регулировку скорости без датчика обратной связи.

Это больше подходит для систем, которые работают при малом ускорении и с относительно постоянной нагрузкой.

Если нагрузка шагового двигателя превысит его момент, то информация о положении ротора теряется и система требует базирования с помощью, например, концевого выключателя или другого датчика.

В отличие от шагового двигатели системы с обратной связью (серводвигатели) способны работать с большими ускорениями и даже при переменном характере нагрузки.

Преимущества шаговых двигателей:

Точное позиционирование и регулировка скорости без датчика обратной связи.

Простота подключения и дальнейшего обслуживания.

Более низкая стоимость сравнительно с серводвигателями.

Недостатки шаговых двигателей:

Ограничение по скорости (максимум 1000 об/мин).

Возможность потери шагов при критических нагрузках.

Серводвигатели — тип электромеханических приводов, которые не вращаются постоянно, как шаговые двигатели, а по сигналу перемещаются в определенное положение и сохраняют его, а по следующему сигналу перемещаются в другое положение.

 В сервоприводах также используется механизм обратной связи, поэтому он может обрабатывать ошибки и при позиционировании их исправить. Такая система называется следящей.

Таким образом, если какая-то сила оказывает давление привод и будет изменять его положение, то сервопривод будет применять силу в противоположном направлении и попытается исправить ошибку.

Это обуславливает высокую точность позиционирования.

Преимущества серводвигателей:

Сравнительно с шаговыми двигателями, более высокая скорость вращения.

Более высокая мощность. 

Благодаря обратной связи, предусмотренной в серводвигателях, позиция инструмента всегда известна и доступна для корректировки.

Недостатки серводвигателей:

Более высокая стоимость.

Требуют более квалифицированного обслуживания, чем шаговые двигателя.

Имеют более сложную систему подключения и управления.

Сравнение двигателей по их основным характеристикам и свойствам:

ШаговыеСерво
Срок службы и обслуживанияШаговые электродвигатели — это двигатели бесколлекторного типа. Контроллер такого двигателя питается от постоянного напряжения.Они имеют большой срок службы, высокую надёжность и повышенный ресурс работы за счёт отсутствия скользящих электрических контактов и отсутствия узлов, требующих техобслуживания. (Могут выйти со строя подшипники- и то через длительное время) …)Сервомоторы бывают двух типов: коллекторные постоянного тока (со щетками)  и  бесколлекторные (могут быть постоянного либо переменного тока).  Двигатели переменного тока дешевле, чем двигатели постоянного тока.Первые, недорогие сервоприводы, уступают шаговым двигателям, потому что щетки подлежат замене каждые 5000 часов эксплуатации.Вторые (бесколлекторные) — более дорогие, (например японские), по сроку службы и надежности приравниваются к шаговым моторам.
РемонтКак уже было сказано, в шаговых двигателях подшипники почти не выходят со строя. Иногда  сгорает обмотка статора.В связи с тем, что шаговые двигатели недорогие, экономнее купить другой мотор, чем ремонтировать вышедший со строя.Серводвигатели коллекторного типа ремонту не подлежат.  Дорогие бесщеточные моторы можно ремонтировать, но проще и целесообразнее купить и установить новый двигатель. 
Точность перемещенийШаговые двигатели обеспечивают точность перемещений до +/- 0.01 ммУ фрезерных станках с ЧПУ следует устанавливать сервоприводы контурного управления, которые точно обрабатывают установленную траекторию. Они  обеспечивают точность не ниже +/- 0.002 мкм.
Скорость перемещения, мощность 20 – 25 метров в минуту.                до 60 м/мин и более.
Скорость разгонадо 120 об/мин за секундудо 1000 об/мин за 0,2 секунды
Эффект потери шагов при повышении скорости и нагрузкиЭффект потери шагов иногда может наблюдаться при повышенных нагрузках, при превышении допустимых скоростей, при ударах или вибрациях. Серводвигатели имеют систему с обратной связью (энкодер), датчик которой фиксирует нарушения и затем система вносит коррективы в движения механизмов. Потери шагов при этом исключены. 
Принудительная остановка (столкновение с препятствием)Шаговые двигатели не повреждаются и не выходят со строя при каких либо механических перегрузках, или аварийным остановкам. При аналогичных ситуациях драйвер сервопривода должен правильно среагировать на данную остановку. В противном случае по обратной связи подается сигнал на доработку не пройденного расстояния, повышается ток на обмотках, двигатель может перегреться и сгореть!
Ценовой критерийЦена шаговых двигателей ниже, чем цена серводвигателей.Серводвигатели дороже шаговых, потому что имеют более сложную конструкцию. 

Двигатели, драйвера шаговых и серво двигателей

Шаговый двигатель и сервопривод не являются конкурентами, так как каждый из них занимает исключительно свою предопределенную нишу.

Применение шаговых двигателей:

Ограничением в использовании шаговых двигателей являются мощность и соответственно скорость, однако по практике, их применение целиком оправданно в недорогих станках имеющих систему ЧПУ, предназначенных для обработки дерева, ДСП, МДФ, пластиков, легких металлов и прочих материалов средней скорости, необходимости производителей станков с ЧПУ по точности и по скорости. Если по каким-либо причинам такие параметры не устраивают, то, как правило, используют сервоприводы. Но стоит заметить, что при этом резко и, причем значительно поднимается стоимость конструкции в целом.

Если смотреть с другой стороны, то достичь реальной экономии времени обработки и даже при скоростных сервоприводах, можно за счет экономии на переходах и соответственно оптимизации путей обработки. В остальное же время, скорость весьма ограничена – режимами резки. 

Сервомоторы позволяют с экономить время на холостых переходах, при этом необходимо правильно оптимизировать количество проходов. Скорость фрезеровки всегда зависит от мощности режущего инструмента (электрошпинделя) и типа фрезы.  Нельзя получить хорошую скорость фрезерования при низком качестве инструмента.

Это значит, что при высоких скоростях обработки материала нужно использовать фрезу правильного типа и высокого качества.  Дорогой инструмент не только быстрее режет, но имеет больший срок службы.  При фрезеровании объёмных изображений, 3d резьбе скорость и производительность серводвигателей в несколько раз выше, чем шаговых.

При наличии смены инструмента, вакуумного стола можно оптимизировать свое производство и минимизировать отходы.

В каких случаях необходимы сервоприводы:

  • При раскрое листовых материалов скорость перемещения инструмента должна быть более 25 метров в минуту. Следовательно, в таком случае целесообразно приобретать фрезерный станок ЧПУ с достаточно мощным шпинделем (до 5 кВт) и с цангой под большой инструмент, с вакуумным столом, с системой удаления стружки и, конечно же, с сервоприводами.
  • При производстве матриц и форм с прецизионной точностью изготовления. 

В остальных же случаях наиболее чаще приобретают машины именно с шаговыми двигателями – просто это наиболее практичнее.

Чтобы получить консультацию по выбору станка, или заказать фрезерный станок с ЧПУ, звоните по телефонам в контактах, либо на почту.

Еще статьи по теме «Устройство фрезерных станков ЧПУ»: 

Как выбрать фрезерный станок с ЧПУ 

Создание управляющих программ к станкам с ЧПУ

Преимущества многошпиндельных станков с ЧПУ 

Устройство системы управления ЧПУ 

Какие направляющие выбрать для фрезерного станка с ЧПУ 

Выбор типа передачи для фрезерных станков с ЧПУ

Устройство фрезерных станков с ЧПУ портального типа 

По каким параметрам выбирать фрезерный станок с ЧПУ для деревообработки 

Источник:

Сервопривод или шаговый двигатель? Как работают и что выбирать

В станках с числовым программным управлением (фрезерные, токарные, карусельные станки, машины плазменной резки и т.д.) для перемещения исполнительных элементов (суппортов, кареток и т.д.) используется шаговый привод или сервопривод. В этой статье немного объясним о их работе, принципиальных различиях и когда какой уместно применять.

Шаговый привод 

Представляет собой шаговый электродвигатель с блоком управления. При подаче электрического импульса ротор двигателя совершает угловое перемещение на строго определенную величину. Современные шаговые электродвигатели обеспечивают до 400 шагов на один оборот. Это позволяет позиционировать инструмент (резец, плазменный резак) с точностью до десятых миллиметра.

Как достоинства шаговых приводов следует отметить:

  • высокая точность в сочетании с более простой конструкцией;
  • доступная цена, вытекающая из простоты исполнения.

Главный недостаток шагового привода – проблема пропуска шага. Это происходит по ряду причин:

  • нагрузка на валу превышает допустимое;
  • неправильно задаными параметрами реза в управляющей программе – слишком резкое ускорение или торможение, без учета веса портала;
  • скорость вращения ротора попадает в зону резонанса со станком.

Пропуск шага может приводить к некорректному позиционирования резака, и соответственно отклонению реза от заданной программы.

Сервопривод (Сервомотор)

Принципиальное отличие — наличие датчика обратной связи.  Сервопривод обмениваеться данными с управляющей программой в реальном времени. Отклонение от заданных координат моментально регистрируеться, и контроллер станка автоматически компенсирует погрешность.

Наличие этого дополнительно элемента (датчика) позволяет:

  • достигнуть максимальной точности позиционирования и качество продукции. С учетом механического люфта, износа деталей,   теплового расширения (что важно в станках большой мощности, в том числе и машинах плазменной резки);
  • обеспечить максимально высокую скорость обработки, с автоматическим учетом инерционности движущихся узлов;
  • снизить затраты на электроэнергию, в сервоприводе они пропорциональны сопротивлению перемещения, а в шаговом приводе номинал напряжения постоянный.

Шаговый привод vs сервопривод

Из приведенного выше можно понять сильные и слабые стороны этих приводов. Мы постараемся дать рекомендации, в каких случаях целесообразнее применять тот или иной вариант.

  1. Бюджет. Если он критичен, выбор однозначно в пользу шагового привода. Но стоит учесть будущую оплату труда оператора чпу. Работа с шаговыми двигателями подразумевает более высокий уровень умений и квалификации.
  2. Мощность станка. Чем больше мощность, тем крупнее перемещаемые узлы и детали, и тем более мощные требуются шаговые двигатели. А это более высокие инерционные нагрузки, и меньше нагрузки в резонансных зонах. Это может повлиять на точность обработки.  Кроме того, при увеличении скорости у шагового электродвигателя резко уменьшается момент, а у сервоприводов он постоянен.  Если говорить о станках плазменной резки  с ЧПУ, то здесь эти эти факторы не столь критичны. Это более существенно для токарных станков, где движутся не только исполнительные механизмы (суппорта), но и сама заготовка.
  3. Сложность обслуживания. Здесь шаговые привода смотрятся симпатичнее. Сервопривод имеет десятки параметров, требующих настройки, а значит и более высокой квалификации персонала (программистов, электронщиков, наладчиков). Надежные поставщики обычно берут сервис этих узлов на себя. Об этом стоит задуматься если вы приобретаете станок зарубежом, или когда будет сложно обеспечить доступ третьих лиц.
  4. Производительность. По данному критерию сервопривода существенно превосходят шаговые. Особенно если речь идет о производстве габаритных деталей. При  небольших перемещаемых и обрабатываемых массах эта разница несущественна (например, если это небольшой 3Д принтер, то разница будет крайне несущественна)
  5. Шум. Шаговые привода работают громче и может ощущаться вибрация. Это может приносить неудобства для небольших предприятий. В ряде случаев могут возникнуть проблемы с надзорными органами по допустимому уровню шума.

Источник:

Новый взгляд на сервопривод и шаговый двигатель

Серводопровод или шаговый двигатель

Мы разберемся в нашей статье, что выбрать сервопривод или шаговый двигатель, что они собой представляют, для чего предназначаются, а также ответим на вопрос, сервопривод или шаговый двигатель разница.

Источник: https://electronicparts.ru/ustrojstva/otlichiya-servoprivoda-ot-shagovogo-dvigatelya.html

Сервопривод или шаговый двигатель?

В чем разница между шаговым двигателем и сервоприводом?

В случаях, когда необходима высокая точность работы исполнительных механизмов, используют асинхронный электродвигатель с энкодером обратной связи.

Однако в промышленных станках с особыми требованиями к точности позиционирования подобное оборудование не справится с задачами в силу ряда конструктивных недостатков — низкого момента на малых скоростях, проскальзывания ротора, инерции при разгоне и торможении.

В таких случаях используются сервоприводы и шаговые двигатели. Рассмотрим преимущества и недостатки обоих типов приводов.

Сервоприводы

В состав сервопривода входят серводвигатель и электронный блок управления (сервоусилитель или сервопреобразователь). В качестве серводвигателей наиболее широко применяют синхронные трехфазные электродвигатели, в которых установлены мощные постоянные магниты для улучшения динамических характеристик.

Обязательным компонентом сервопривода также является энкодер. Как правило, он превосходит по своим параметрам обычные энкодеры, поставляемые отдельно. Его разрешение может достигать сотен тысяч импульсов на оборот, за счет чего достигается сверхточное позиционирование.

Для примера, разрешение встроенных энкодеров сервоприводов Delta ASD-A2 составляет 1 280 000 имп/об.

Сервоусилитель получает два сигнала управления — сигнал задания скорости (или угла поворота) и сигнал обратной связи с энкодера. В результате сервопривод обеспечивает движение какой-либо механической нагрузки с большой точностью не только по скорости вращения, но и по углу поворота, который может быть выдержан до долей градуса.

Шаговые двигатели

Шаговый двигатель — это особый вид многофазного синхронного двигателя, дискретное вращение которого производится путем подачи импульсов напряжения на нужные обмотки статора. При этом ротор не имеет обмоток и состоит из магнитного материала.

Основной параметр шагового двигателя — его шаг, или количество шагов на оборот. Для одного полного оборота ротора необходимо строго определенное количество импульсов. Чем меньше шаг, тем большую точность позиционирования может обеспечить данный шаговый двигатель.

Управляющие импульсы формируются специальным драйвером, который получает задание с контроллера. При этом обратной связи не требуется, поскольку путем подсчета импульсов всегда можно узнать, на какой угол повернулся вал шагового двигателя, и сколько оборотов он сделал.

Преимущества сервоприводов

  • Мощность серводвигателей может достигать 15 кВт, в то время как мощность шагового электродвигателя, как правило, не превышает 1 кВт.
  • Бесшумность работы благодаря принципу действия и сверхточному исполнению конструкции.
  • Скорость вращения в сервоприводах может достигать 10000 об/мин, в некоторых случаях и больше. У шаговых двигателей номинальная скорость вращения обычно не превышает 1000 об/мин вследствие падения момента и увеличения вероятности ошибок.
  • Высокая энергоэффективность. Потребляемая мощность сервопривода пропорциональна нагрузке на валу. Для шагового электродвигателя потребляемая мощность одинакова вне зависимости от нагрузки.
  • Наличие обратной связи обеспечивает точной информацией о повороте вала в любой момент времени. В шаговых двигателях возможно проскальзывание при перегрузке, накопление ошибки и потеря позиционирования.
  • Большая плавность хода. В шаговых двигателях добиться плавности можно только путем применения специальных методов управления.

Преимущества шаговых двигателей

  • Меньшая цена при одинаковой мощности в силу более простой конструкции двигателя и драйвера.
  • Возможность работы на экстремально низких оборотах без ухудшения характеристик и применения редукторов.
  • Более точное позиционирование, обусловленное конструкцией двигателя.
  • Отсутствие необходимости в обратной связи.
  • Для фиксации вала двигателя при останове достаточно снять с него напряжение. При останове серводвигателя необходимо расходовать мощность на удержание либо использовать электромеханический тормоз.

Применение

В промышленном оборудовании для выполнения задач позиционирования имеет смысл использовать и асинхронные двигатели с обратной связью, и сервоприводы, и шаговые двигатели.

Сервоприводы устанавливаются в тех узлах оборудования, где требуется точное позиционирование механизмов для их синхронизации с другими узлами. В частности сервоприводы широко используют в обрабатывающих станках.

Шаговые двигатели нашли наибольшее применение в станках с ЧПУ и в робототехнике.

На практике встречаются производственные линии, в которых в различных узлах используются все три типа электродвигателей.

Другие полезные материалы:
Выбор оптимального типоразмера электродвигателя
Как выбрать мотор-редуктор
Редуктор от «А» до «Я»

Источник: https://tehprivod.su/poleznaya-informatsiya/servoprivod-ili-shagovyy-dvigatel.html

Сервопривод или шаговый двигатель: какова разница и что выбрать?

В чем разница между шаговым двигателем и сервоприводом?

31.01.2019

В качестве электропривода порталов и исполнительных узлов фрезерно-гравировальных станков с чпу и оборудования для плазменной резки с ЧПУ применяются шаговые двигатели и сервоприводы. Что лучше: шаговый двигатель или сервопривод, и в каких случаях применение того или иного электропривода экономически и технически оправданно, рассмотрим в данной статье.

Устройство шагового привода

Шаговый привод состоит из синхронной электрической машины и управляющего контроллера. Последний обеспечивает подачу управляющих сигналов на обмотки двигателя и их попеременное включение в соответствии с заданной программой.

Шаговый двигатель — электрическая машина, преобразующая управляющие сигналы в перемещение вала на определенный угол и фиксацию его в заданном положении. Количество шагов таких электродвигателей составляет от 100 до 400, угол шага — от 0,9-3,6°.

Принцип работы шагового двигателя

Состоит это электромеханическое устройство из статора, где размещены катушки возбуждения, и вращающейся части с постоянными магнитами или обмотками. Такая конструкция ротора обеспечивает его фиксацию после отработки управляющей команды.

На статоре расположено несколько обмоток. При подаче напряжения на катушку, под воздействием магнитного поля ротор поворачивается на определенный угол в соответствии с пространственным положением обмотки.

При ее обесточивании и подаче управляющего сигнала на другую катушку вращающаяся часть электродвигателя занимает другую позицию. Каждый поворот вала соответствует углу шага.

При обратной последовательности подачи напряжения на катушки ротор вращается в противоположном направлении.

Для поворота ротора на меньший угол одновременно включаются 2 обмотки. Количество шагов ограничено и зависит от числа полюсов статора электромотора. Для обеспечения плавного вращения ротора на катушки статора подают разные токи, разность которых определяет положение ротора. Такой способ управления позволяет снизить дискретность и увеличить количество шагов до 400.

К числу недостатков шаговых двигателей можно отнести довольно низкую скорость, пропуск шагов при высокой (выше расчетной) нагрузке на валу, снижение момента при высокой частоте вращения и большое время разгона.

Устройство сервопривода

Сервопривод состоит из синхронного двигателя, датчика скорости и положения, а также управляющего контроллера. Основная разница между шаговым двигателем и сервоприводом состоит в наличии обратной связи по положению, скорости, моменту на валу ротора.

Электропривод такого типа построен на базе следящей схемы автоматического регулирования. При несоответствии скорости или другой величины контроллер будет подавать сигналы на отработку, пока требуемый параметр или положение вала не будет соответствовать заданному. В качестве датчика обратной связи используют абсолютные и относительные энкодеры различных типов и конструкций.

Принцип действия сервопривода

Управляющее устройство в соответствии с заданной программой подает напряжение на сервопривод, который соединен с порталом станка. Двигатель перемещает рабочий орган. При этом энкодер вырабатывает импульсы, поступающие на контроллер. Подсчет их числа осуществляет управляющее устройство.

Количество импульсов пропорционально перемещению портала. При достижении рабочим органом заданного положения на электромотор перестает поступать напряжение. Портал фиксируется.

Пока число импульсов, зафиксированных контроллером с датчика, не достигнет запрограммированной величины, двигатель будет осуществлять перемещение рабочего органа.

Шаговый сервопривод можно также настроить на поддержание постоянной частоты вращения вне зависимости от нагрузки или постоянного момента при разной скорости.

К достоинствам сервоприводов относятся точность позиционирования, динамика разгона и отсутствие снижения момента при высоких скоростях. Ограничивает применение сервопривода, как правило, достаточно большая стоимость.

Чем отличается сервопривод от шагового двигателя?

Критерий сравнения Шаговые двигатели Сервоприводы
Эксплуатационный ресурс Шаговые электромоторы не имеют коллекторного узла, подверженного износу. Также они не имеют частей, нуждающихся в регулярном техобслуживании и замене Коллекторные серводвигатели необходимо регулярно обслуживать. Максимальный срок службы коллекторного узла — 5000 часов непрерывной работы. При этом бесщеточные сервомоторы не уступают в надежности шаговым двигателям
Точность перемещений исполнительного органаСовременные шаговые электродвигатели обеспечивают перемещение рабочей части с точностью до 0,01 мм.Отличие шагового двигателя от сервопривода заключается в пропуске шагов при высокой (выше расчетной) нагрузке, что значительно снижает качество обработкиСервопривод для поворотного стола фрезерного станка или портала другого оборудования обеспечивает точность до 0,002 мкм.Позиционирование по следящей схеме обеспечивает высокое качество обработки независимо от нагрузки
Время разгона и скорость перемещения порталаМаксимальная скорость перемещения рабочих органов при использовании шагового электропривода — 25 м.Время разгона — 120 об/мин за секундуСервопривод может перемещать портал со скоростью более 60 м/мин.Время разгона составляет до 1000 об/мин за 0,2 секунды
Реакция на принудительную остановку Шаговые двигатели хорошо переносят механические перегрузки и не выходят из строя при аварийных остановках Сервоприводы необходимо оснащать дополнительной защитой, отключающей электромотор при принудительной остановке портала. В противном случае обмотки электрической машины могут сгореть
Стоимость За счет простоты конструкции шаговый двигатель имеет относительно невысокую цену За счет датчиков обратной связи (энкодеров) и более сложной схемы регулирования сервопривод считается дорогостоящим оборудованием

Критерии выбора

Тип приводного двигателя для станков выбирают по следующим характеристикам:

  • Производительность.По этому параметру сервоприводы значительно превосходят шаговые электромоторы. На станок с ЧПУ для обработки крупных деталей или заготовок из твердых материалов лучше уставить сервомотор, например, ESTUN 1000 Вт. Такой электропривод обеспечит более высокую скорость обработки твердых материалов. Для малогабаритного промышленного оборудования (например, настольного фрезерного станка) среднего класса точности, предназначенного для обработки мягких материалов, лучше выбрать шаговый двигатель.
  • Эксплуатационные расходы.Программирование и настройка сервопривода на станке с ЧПУ требуют высокой квалификации исполнителя. Такой привод намного дороже в обслуживании, соответственно расходы на его эксплуатацию будут выше.
  • Точность.Сервоприводы для станков с ЧПУ необходимы для высокоточной автоматизированной обработки. Такой привод позволяет позиционировать положение рабочего органа с точностью до 0,02 мкм, в то время как максимальная точность шаговой электрической машины — 0, 01 мм.
  • Цена.Стоимость шагового двигателя значительно ниже цены сервопривода. При невысоком бюджете лучше предпочесть первый вариант.
  • Уровень шума.По этому показателю сервомоторы предпочтительней. Работа шаговых электродвигателей сопровождается звуком, соответствующим частоте шагов на различных оборотах.

Таким образом, выбор сервопривода или шагового двигателя в качестве привода на фрезерно-гравировальный станок и оборудование для плазменной резки следует совершать, руководствуясь исключительно экономической и технической целесообразностью.

Источник: https://www.multicut.ru/articles/servoprivod-ili-shagovyy-dvigatel-kakova-raznitsa-i-chto-vybrat/

Шаговые двигатели или серводвигатели?

В чем разница между шаговым двигателем и сервоприводом?

Основное отличие шаговых двигателей от серводвигателей – то, что шаговые двигатели работают без обратной связи, т.е. нет контроля – сделал ШД шаг или нет.

Драйвер серводвигателя считывает показания датчика положения вала и корректирует его положение. На самом деле, отсутствие обратной связи в случае с ШД не является минусом, т.к.

при правильно спроектированной и настроенной системе шаговые двигатели не пропускают шагов, т.е. пользователь не нуждается в таком контроле.

Достоинства и недостатки

Достоинства ШД:

  • Точность и стабильность шага, ШД может работать с инерционными нагрузками.
  • Не нужна обратная связь. ШД сам по себе это датчик положения.
  • ШД – самый доступный, бюджетный, стандартный электродвигатель. Прост в подключении и настройке.
  • ШД имеет долгий срок службы.
  • ШД безопасен, имеет конечный момент – он останавливается в случае заклинивания передачи.
  • ШД имеет хороший момент на низких оборотах, это позволяет обойтись без редуктора.

Достоинства серводвигателей (щеточных):

  • Высокая отдаваемая мощность, сравнительно с электродвигателями других типов такого же размера и веса.
  • Точность позиционирования определяется установленным энкодером.
  • Высокий КПД, до 90% с легкими нагрузками.
  • Может быстро ускоряться.
  • Может кратковременно отдать повышенную мощность (2-3 раза) и повышенный момент (5-10 раза)
  • Двигатель не нагревается, потребляется ток пропорционально нагрузке.
  • На высоких скоростях не шумит.
  • Не резонирует и не вибрирует во всем диапазоне частот вращения.

Недостатки шаговых двигателей:

  • Низкий КПД. ШД потребляет достаточно энергии не зависимо от нагрузки.
  • Низкая отдаваемая мощность, сравнительно с электродвигателями других типов такого же размера и веса.
  • Крутящий момент сильно зависит от оборотов вращения, сильно падает с увеличением частоты вращения.
  • Склонность к резонированию. Требует микрошагового управления для плавного вращения и техник подавления резонансов.
  • Отсутствие обратной связи для контроля за пропуском шагов.
  • Не может быстро ускоряться.
  • ШД сильно нагревается при оптимальном использовании.
  • При кратковременной перегрузке, ШД остановится и не сможет восстановить положение вала.
  • ШД достаточно шумный (звуковой шум)

Недостатки серводвигателей (щеточных):

  • Более высокая стоимость, сравнительно с ШД.
  • Система с серводвигателем требует настройки.
  • Сложная система. Много соединительных проводов. Наличие энкодера.
  • Небезопасная система, если нарушается обратная связь – серводвигатель может провернуть передачу. Требуются системы экстренного отключения.
  • Щетки изнашиваются. После 2000 часов работы, требуется их замена.
  • Серводвигатель может перегореть при постоянной перегрузке.
  • Требуется мощный источник питания, чтобы система была устойчива к кратковременным перегрузкам.
  • Серводвигатель отдает максимальный момент на высоких оборотах, поэтому может потребоваться редуктор.
  • Серводвигатели плохо охлаждаются. Серводвигатели с вентиляционными отверстиями быстро засоряются продуктами обработки материалов.

Выбор – ШД или серводвигатели

При разработке станка и выборе электродвигателей в первую очередь необходимо рассчитать, какая мощность N(Вт) требуется для управления вашим механизмом. Мы не рекомендуем сначала приобретать электродвигатель а потом пытаться его “приладить” к своей конструкции.

Мы рекомендуем использовать шаговые электродвигатели, если расчетная мощность 200Вт. Если расчетная мощность находится в диапазоне 100…200Вт – подойдет и шаговый и серводвигатель, выбор ложится на пользователя.

При выборе шагового двигателя стоит учитывать тот факт, что у него момент падает с увеличением частоты вращения, согласно приведенным в ТХ графикам.

Метод расчета мощности: Допустим у вас есть ЧПУ плазморез с ременной передачей или подобный ЧПУ станок с малой рабочей нагрузкой (нет усилия для фрезеровки, нужно только перемещать головку плазмореза или лазера).

Вам необходимо рассчитать мощность для перемещения оси Y. Допустим Ваша расчетная скорость подачи f=10000 мм/мин, масса перемещаемой конструкции с запасом m=20кг. По инженерной формуле, потребуется мощность N=(f*m)/6120=33Вт.

В данном случае можно использовать шаговый двигатель.

Проведем расчет для фрезерного станка ЧПУ. Пусть у вас установлен винт ШВП 1605 – с шагом n=5мм на оборот. Пусть вам необходима скорость подачи f=3000 мм/мин. Рассчитаем необходимые обороты электродвигателя с прямым приводом на винт ШВП RPM=f/n=600 об/мин.

Необходимо определить вращающий момент, который нужно приложить к винту ШВП чтобы обеспечить необходимое усилие на фрезе, пусть это будет момент M. Размерность момента Н*м=(кг*см)/10 – масса в кг, которую нужно приложить к рычагу длиной 1см. Пусть в данном случае нам необходим момент 35кг*см=3,5Н*м.

Мощность рассчитывается по формуле N=M*RPM*pi/30=220Вт. В данном случае нужно использовать серводвигатель.

Источник: https://PureLogic.ru/support/help/shagovye_dvigateli_ili_servodvigateli/

В чем разница между серводвигателем и шаговым электродвигателем?

В чем разница между шаговым двигателем и сервоприводом?

Всем инженерам хорошо известно, что нет такого понятия, как идеальное решение — есть просто лучшее решение для рассматриваемой проблемы. Это особенно актуально для серводвигателей и шаговых двигателей. Оба широко используются в промышленности.

Применение ни одного из них не является универсальным решением. Однако при правильном применении как шаговые, так и серводвигатели могут обеспечить эффективную и надежную работу при максимальной производительности системы.

Дерево решений для выбора между ними имеет много ветвей, но наиболее важными являются скорость, ускорение и цена.

Серводвигатели

Как и шаговые двигатели,серводвигатели имеют много реализаций. Давайте рассмотрим наиболеераспространенную конструкцию, которая включает в себя ротор с постояннымимагнитами и неподвижный статор с обмотками.

Здесь также ток создаетраспределение магнитного поля, которое воздействует на ротор и развиваеткрутящий момент. Однако серводвигатели имеют значительно меньшее число полюсов,чем шаговые электрические машины.

В результате они должны работать в замкнутойсистеме управления.

В целом, серводвигатели более сложные, чем шаговые. Они работают значительно быстрее, со скоростями порядка нескольких тысяч оборотов в минуту (рисунок ниже).

Это позволяет использовать серводвигатели с редукторами, чтобы обеспечить гораздо более высокий крутящий момент на нужных скоростях. Они также обеспечивают более постоянный крутящий момент во всем диапазоне скоростей электродвигателя.

В отличие от шаговых двигателей, они не имеют удерживающего момента как такового.

Однако работа взамкнутом контуре позволяет контроллеру / электроприводу дать команду наудержание нагрузки в определенном положении, и двигатель будет непрерывно еерегулировать, чтобы удерживать ее на одном месте.

Таким образом, серводвигателимогут обеспечивать фактический удерживающий момент.

Тем не менее, обратитевнимание, что вариант удерживающего крутящего момента при нулевой скоростизависит от правильного размера двигателя для управления нагрузкой ипредотвращения колебаний относительно заданного местоположения.

Серводвигатели обычно используют редкоземельные магниты, в то время как шаговые двигатели чаще используют менее дорогие обычные магниты. Редкоземельные магниты позволяют развивать более высокий крутящий момент в меньшем корпусе.

Серводвигатели также получают преимущество в крутящем моменте от их общего физического размера. Диаметры серводвигателей обычно варьируются от NEMA 17 до 220 мм.

В результате этих комбинированных факторов серводвигатели могут выдавать крутящий момент до 114 кгс·м.

Сочетание скорости и крутящего момента позволяет серводвигателям обеспечивать лучшее ускорение, в сравнении с шаговыми двигателями. Они также обеспечивают лучшую точность позиционирования в результате работы с обратной связью.

Подведем итоги

Серводвигателипредлагают неоспоримое преимущество в производительности. Однако с точки зрениястабильности позиционирования шаговые двигатели могут быть весьмаконкурентоспособными. Эта точка зрения приводит к распространенному заблуждениюо шаговых двигателях, которое является мифом о «потерянном шаге».

Как мы ужеобсуждали ранее, массово-пружинный характер нагрузки шагового двигателя можетпривести к нескольким потерянным шагам. Привод дает команду движению шаговогомеханизма в определенный угол, однако потерянные шаги не переносятся отвращения к вращению.

Все зависит от необходимого уровня точностипозиционирования.

Вышеприведенноеобсуждение подводит нас к окончательному и ключевому различию между шаговымиэлектродвигателями и сервоприводами — стоимости.

Шаговые двигатели обычно нетребуют обратной связи, они используют менее дорогие магниты и редко содержатредуктора.

Из-за большого количества полюсов и их способности генерироватьудерживающий момент они потребляют меньше энергии при нулевой скорости. Врезультате шаговый двигатель может быть на порядок дешевле, чем аналогичныйсерводвигатель.

Подводя итог, можносказать, что шаговые двигатели являются хорошим решением для механизмов с малойскоростью вращения, небольшим ускорением и малыми требованиями к точности.Шаговые двигатели также имеют тенденцию быть компактными и недорогими.

Это делаетэти машины подходящими для применения в медицине, биотехнологиях, безопасностии обороне, а также в производстве полупроводников. Серводвигатели — лучшийвыбор для систем, требующих высокой скорости, высокого ускорения и большойточности. Компромисс — более высокая стоимость и сложность.

Серводвигателиобычно используются в упаковке, конвертации, плетении сетей ианалогичных приложениях.

Если ваши требования не слишком критичны, а бюджет ограничен, рассмотрите шаговый двигатель. Если производительность является наиболее важным аспектом, серводвигатель выполнит свою работу, но будьте готовы заплатить больше.

Что нужно знать, чтобы правильно выбрать двигатель

  • Требования к крутящему моменту
  • Требования к скорости
  • Желаемое ускорение
  • Нагрузка, масса и инерция
  • Бюджет
  • Габаритные показатели

Источник: https://elenergi.ru/servoprivod-ili-shagovyj-elektrodvigatel.html

Поделиться:
Нет комментариев

    Добавить комментарий

    Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.